Ο ρόλος των προστατευτικών διατάξεων στη βελτίωση της αξιοπιστίας των ηλεκτροκινητήρων
Η αξιοπιστία μιας τεχνικής συσκευής νοείται ως η ικανότητά της να εκτελεί τις λειτουργίες της για ορισμένο χρονικό διάστημα.
Ένας από τους σημαντικότερους δείκτες αξιοπιστίας είναι το MTBF, το οποίο μετριέται με τον αριθμό των ωρών λειτουργίας μέχρι την πρώτη αστοχία. Όσο μεγαλύτερος είναι αυτός ο αριθμός, τόσο μεγαλύτερη είναι η αξιοπιστία του προϊόντος.
Διάκριση μεταξύ δομικής και λειτουργικής αξιοπιστίας ενός ηλεκτροκινητήρα.
Η δομική αξιοπιστία του ηλεκτροκινητήρα εξαρτάται από την ποιότητα των υλικών που χρησιμοποιούνται στη μηχανή, από την ποιότητα παραγωγής μεμονωμένων μονάδων και στοιχείων, από τη βελτίωση της τεχνολογίας συναρμολόγησης και άλλους παράγοντες.
Η λειτουργική αξιοπιστία του ηλεκτροκινητήρα επηρεάζεται από την ποιότητα κατασκευής του μηχανήματος, τις περιβαλλοντικές συνθήκες κατά τη λειτουργία, τη συμμόρφωση των χαρακτηριστικών του ηλεκτροκινητήρα με τις απαιτήσεις της μηχανής εργασίας και την τεχνολογική διαδικασία, το επίπεδο συντήρησης.
Η οικονομική απόδοση της χρήσης ηλεκτρικών κινητήρων καθορίζεται όχι μόνο από το αρχικό τους κόστος, αλλά και από το κόστος λειτουργίας.
Η παραγωγή αναξιόπιστων ηλεκτροκινητήρων απαιτεί υψηλό κόστος για να διατηρούνται σε καλή κατάσταση λειτουργίας. Η ακατάλληλη χρήση και η έλλειψη σωστής συντήρησης έχουν ως αποτέλεσμα ποιοτικά προϊόντα που δεν παρέχουν απρόσκοπτη λειτουργία. Έτσι, για να χρησιμοποιηθούν αποτελεσματικά όλες οι δυνατότητες που είναι εγγενείς στον ηλεκτροκινητήρα, απαιτείται ένα σύνολο μέτρων, ξεκινώντας από τον σωστό σχεδιασμό της ηλεκτρικής κίνησης και τελειώνοντας με την έγκαιρη υποστήριξη και ποιοτική επισκευή. Η παραβίαση ενός από τους κρίκους αυτής της αλυσίδας δεν επιτρέπει την επίτευξη του επιθυμητού αποτελέσματος.
Υπάρχουν τρεις τυπικοί τύποι αστοχιών που είναι εγγενείς στους ηλεκτρικούς κινητήρες.
1. Σημαντικές ανακαλύψεις σε ατυχήματα ηλεκτροκίνησης που συνέβησαν κατά την πρώιμη περίοδο λειτουργίας. Η εμφάνισή τους σχετίζεται με ελαττώματα στην παραγωγική διαδικασία στα εργοστάσια. Παραμένοντας απαρατήρητοι, εκδηλώνονται στην πρώτη περίοδο εργασίας.
2. Ξαφνικές βλάβες ηλεκτροκινητήρων κατά την κανονική λειτουργία.
3. Βλάβες που προκαλούνται από φθορά μεμονωμένων τμημάτων ηλεκτροκινητήρων. Εμφανίζονται είτε λόγω ανάπτυξης εξαρτημάτων πόρων είτε λόγω ακατάλληλης χρήσης ή συντήρησης. Η έγκαιρη επισκευή ή αντικατάσταση φθαρμένων εξαρτημάτων του ηλεκτροκινητήρα αποτρέπει αυτού του είδους τη ζημιά.
Οι παραπάνω τύποι αστοχιών αντιστοιχούν σε τρεις περιόδους της «ζωής» του ηλεκτροκινητήρα: περίοδος διαρροής, περίοδος κανονικής λειτουργίας και περίοδος παλαίωσης.
Ο ρυθμός αστοχίας περιόδου V περιόδου λήξης των ηλεκτροκινητήρων είναι υψηλότερος από ό,τι στην κανονική λειτουργία. Τα περισσότερα κατασκευαστικά ελαττώματα εντοπίζονται και διορθώνονται κατά τη διάρκεια της δοκιμής.Ωστόσο, στη μαζική παραγωγή είναι αδύνατο να δοκιμαστεί κάθε κομμάτι. Ορισμένα από τα μηχανήματα ενδέχεται να έχουν κρυφά ελαττώματα που προκαλούν ζημιές κατά την πρώτη περίοδο λειτουργίας.
Η διάρκεια του χρόνου αποστράγγισης είναι σημαντική κατά την οποία επιτυγχάνεται αξιοπιστία που αντιστοιχεί στην κανονική λειτουργία. Οι δυσλειτουργίες της πρώτης περιόδου δεν επηρεάζουν περαιτέρω την αξιοπιστία της συσκευής στις επόμενες περιόδους χρήσης της.
Κατά την κανονική λειτουργία, οι δυσλειτουργίες στη λειτουργία των ηλεκτροκινητήρων είναι συνήθως τυχαίες. Η εμφάνισή τους εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις συνθήκες λειτουργίας της συσκευής. Οι συχνές υπερφορτώσεις, οι αποκλίσεις από τους τρόπους λειτουργίας για τους οποίους έχει σχεδιαστεί ο ηλεκτροκινητήρας, αυξάνουν την πιθανότητα αστοχίας. Στο διάστημα αυτό πρωταρχικής σημασίας έχει η διατήρηση και η έγκαιρη άρση των αποκλίσεων από τις κανονικές συνθήκες εργασίας. Το καθήκον του προσωπικού σέρβις είναι να διασφαλίσει ότι η περίοδος κανονικής λειτουργίας δεν μειώνεται κάτω από τον τυπικό χρόνο.
Υψηλή αξιοπιστία σημαίνει χαμηλό ποσοστό αστοχίας κατά τη λειτουργία και συνεπώς μεγαλύτερη περίοδο λειτουργίας. Εάν καθιερωθεί στην πράξη η συστηματική προληπτική συντήρηση του ηλεκτροκινητήρα, τότε η διάρκεια της περιόδου κανονικής λειτουργίας του φτάνει την τιμή σχεδιασμού — 8 χρόνια.
Η τρίτη περίοδος της «ζωής» του ηλεκτροκινητήρα —η περίοδος γήρανσης— χαρακτηρίζεται από ταχεία αύξηση του βαθμού αστοχίας. Η αντικατάσταση ή η επισκευή μεμονωμένων εξαρτημάτων δεν έχει κανένα αποτέλεσμα, ολόκληρο το μηχάνημα φθείρεται. Η περαιτέρω χρήση του καθίσταται ασύμφορη. Η φθορά ολόκληρου του μηχανήματος είναι πρωταρχικής θεωρητικής σημασίας.Σπάνια είναι δυνατό να σχεδιαστεί και να λειτουργήσει ένα μηχάνημα με τέτοιο τρόπο ώστε όλα τα μέρη του να φθείρονται ομοιόμορφα. Συνήθως τα επιμέρους μέρη και οι μονάδες του αποτυγχάνουν. Στους ηλεκτροκινητήρες, το πιο αδύναμο σημείο είναι η περιέλιξη.
Ο πιο σημαντικός δείκτης από τον οποίο εξαρτάται η αξιοπιστία της λειτουργίας μιας τεχνικής συσκευής είναι η συντηρησιμότητα της, η οποία νοείται ως η ικανότητα εντοπισμού και εξάλειψης ζημιών και δυσλειτουργιών κατά τη συντήρηση και την επισκευή. Η επισκευή ποσοτικοποιείται από το χρόνο και το κόστος εργασίας που απαιτείται για την επαναφορά μιας τεχνικής συσκευής στη δυνατότητα συντήρησης.
Τα μοτίβα αστοχίας κινητήρα μπορεί να είναι διαφορετικά. Χρειάζονται διαφορετικοί χρόνοι για να ανακτηθεί η πλήρης λειτουργικότητα. Ωστόσο, οι παρατηρήσεις δείχνουν ότι ο μέσος χρόνος ανάκτησης για ένα δεδομένο επίπεδο συντήρησης είναι κοινός για όλες τις εγκαταστάσεις. Αυτή η τιμή θεωρείται χαρακτηριστικό συντηρησιμότητας.
Το MTBF δεν χαρακτηρίζει πλήρως την αξιοπιστία μιας τεχνικής συσκευής, αλλά καθορίζει μόνο τη χρονική περίοδο κατά την οποία η συσκευή λειτουργεί άψογα. Μετά την εμφάνιση μιας αποτυχίας, χρειάζεται χρόνος για να αποκατασταθεί η απόδοσή του.
Ένας γενικευμένος δείκτης που αξιολογεί την ετοιμότητα της συσκευής να εκτελέσει τις λειτουργίες της τη σωστή στιγμή είναι ο συντελεστής διαθεσιμότητας, ο οποίος καθορίζεται από τον τύπο
kT = tcr / (tcr + tv)
όπου tcr είναι ο μέσος χρόνος μεταξύ των αστοχιών. tв — μέσος χρόνος αποκατάστασης.
Έτσι, kT — ο λόγος της μέσης διάρκειας εργασίας προς το άθροισμα του χρόνου εργασίας και του χρόνου αποκατάστασης.
Η χαμηλή αξιοπιστία της συσκευής μπορεί να αντισταθμιστεί με τη μείωση του χρόνου ανάκτησης.
Το χαμηλό MTBF και ο μεγάλος χρόνος αποκατάστασης μπορεί να είναι η αιτία της χαμηλής διαθεσιμότητας της συσκευής. Η πρώτη από αυτές τις τιμές εξαρτάται από την αξιοπιστία του προϊόντος και το επίπεδο τεχνικής λειτουργίας του. Όσο υψηλότερη είναι η ποιότητά του, τόσο μεγαλύτερος είναι ο μέσος χρόνος μεταξύ των αστοχιών. Ωστόσο, εάν η ανάκτηση και η συντήρηση διαρκέσει πολύ, η διαθεσιμότητα του εξοπλισμού δεν αυξάνεται. Με άλλα λόγια, η χρήση εξοπλισμού υψηλής ποιότητας πρέπει να συμπληρώνεται με υψηλό επίπεδο συντήρηση και επισκευή… Μόνο σε αυτή την περίπτωση είναι δυνατή η συνεχής λειτουργία.
Από την άποψη της παραγωγής, είναι σημαντικό να υπάρχει έτοιμος προς χρήση και απροβλημάτιστος εξοπλισμός γενικά. Η ετοιμότητα της κύριας μονάδας ισχύος (ηλεκτρικός κινητήρας) εξαρτάται επίσης από την αξιοπιστία της λειτουργίας του εξοπλισμού εκκίνησης για προστασία και έλεγχος.
Η προστασία δεν μπορεί να αποτρέψει τη ζημιά του κινητήρα, καθώς δεν μπορεί να επηρεάσει τους παράγοντες που δημιουργούν μια κατάσταση έκτακτης ανάγκης.
Ρόλος συσκευές προστασίας από υπερφόρτωση είναι η αποφυγή ζημιάς στον ηλεκτροκινητήρα σβήνοντάς τον εγκαίρως. Αυτό μπορεί να μειώσει σημαντικά τον χρόνο ανάκτησης του ηλεκτρικού εξοπλισμού. Απαιτείται λιγότερος χρόνος για την εξάλειψη της αιτίας που προκάλεσε τη λειτουργία έκτακτης ανάγκης παρά για την επισκευή ή την αντικατάσταση ενός χαλασμένου κινητήρα.
Από την άλλη πλευρά, δεν πρέπει να επιτρέπεται η αδικαιολόγητη πρόωρη απενεργοποίηση του ηλεκτροκινητήρα, καθώς αυτό μειώνει την αξιοπιστία του εξοπλισμού στο σύνολό του. Όποιος κι αν είναι ο λόγος, το ταξίδι είναι αποτυχημένο. Οι ανεπαρκείς διασφαλίσεις μειώνουν το MTBF και συνεπώς τη διαθεσιμότητα.
Σε ορισμένες περιπτώσεις, συνιστάται να μην απενεργοποιήσετε την ηλεκτρική εγκατάσταση, αλλά να σηματοδοτήσετε μια κατάσταση έκτακτης ανάγκης.
Χρησιμοποιώντας την ορολογία της θεωρίας αξιοπιστίας, μπορούμε να πούμε ότι ο γενικός σκοπός της προστασίας είναι η μείωση του χρόνου ανάκτησης της ηλεκτρικής εγκατάστασης στο σύνολό της, αποτρέποντας τη ζημιά στον ηλεκτροκινητήρα. Η προστασία πρέπει να ανταποκρίνεται στις ίδιες υπερφορτώσεις που στην πραγματικότητα ενέχουν κίνδυνο βλάβης στον ηλεκτροκινητήρα.
Ορισμένοι τύποι συμφόρησης πρέπει να ξεπεραστούν με απόθεμα ισχύος. Οι ψευδείς τερματισμοί λειτουργίας μειώνουν την αξιοπιστία του εξοπλισμού και προκαλούν ζημιά στην παραγωγή. Δεν πρέπει να επιτρέπονται.